package com.baidu.leetcode.datastructures.stack;

import com.google.common.collect.Lists;

import java.util.List;
import java.util.Stack;

/**
 * @author shilei
 * @create 2021-11-09 20:44
 * 逆波兰计算器完成计算器
 * 1、输入一个逆波兰表达式（后缀表达式），使用栈（stack）计算其结果
 * 2、支持小括号和多位数整数，因为这里我们主要讲数据结构，所以计算器不考虑小数计算
 * <p>
 * 实现思路分析
 * 后缀表达式的计算机求值：从左至右扫描表达式，遇到数字时，将数字压入堆栈，遇到运算符时，弹出栈顶的两个数，用运算符对他们做相应的计算（次顶元素和栈顶元素）并将结果入栈，重复上述过程直到表达式的最右端，最后运算得出的值即为表达式的结果。
 * 例如 (3+4)*5-6 对应的后缀表达式就是 3 4 + 5 * 6 - 针对后缀表达式求值步骤如下：
 * 1、从左至右扫描，将3和4压入堆栈
 * 2、遇到+ 运算符，因此弹出 4和3（4位栈顶元素，3位次顶元素），计算出3+4的值，得7，再将7 入栈。
 * 3、将 5 入栈
 * 4、接下来是 * 运算符 因此弹出 5 和 7 计算出 5*7=35 将35入栈
 * 5、最后是- 运算符，计算出 35-6的值，即29 由此得出结果
 */
public class PolandNotation {

    public static void main(String[] args) {
        //测试中缀表达式转后缀表达式
        String suffixExpression = "1+((2+3)*4)-5";
        //中缀表达式转后为list
        List<String> list = toInfixExpressionList(suffixExpression);
        System.out.println(list);
        //list转后为后缀表达式
        List<String> list1 = parseSuffixExpressionList(list);
        System.out.println(list1);
        int calculate = calculate(list1);
        System.out.println("计算得出结果:" + calculate);

        //测试后缀表达式计算结果
        //先定义一个 逆波兰表达式
        //(3+4)*5-6 => 3 4 + 5 * 6 -
        //说明为了方便 逆波兰表达式的数字和符号使用空格分隔
//        String suffixExpression = "3 4 + 5 * 6 -"; //29
        //4 * 5 - 8 + 60 + 8 / 2 => 4 5 * 8 - 60 + 8 2 / +
//        String suffixExpression = "4 5 * 8 - 60 + 8 2 / +";//76
        //1、先将 3 4 + 5 * 6 - => 放到 list zhong
        //2、将 list 传递给一个方法 遍历list 配合栈 完成计算
//        List<String> listString = getListString(suffixExpression);
//        int calculate = calculate(listString);
//        System.out.println("计算得出结果:" + calculate);
    }

    public static List<String> getListString(String suffixExpression) {
        String[] split = suffixExpression.split(" ");
        return Lists.newArrayList(split);
    }

    /**
     * 方法：将得到的中缀表达式对应的 list => 转换为 后缀表达式对应的list
     * 1、初始化两个栈：运算符栈 s1 和存储中间结果的栈 s2
     * 2、从左至右扫描中缀表达式
     * 3、遇到操作数时，将其压入s2
     * 4、遇到运算符时，比较其与s1 栈顶运算符的优先级：
     * ① 如果s1 为空，或栈顶运算符为左括号 （  则直接将此运算符入栈；
     * ② 否则，若优先级比栈顶运算符的高，也将运算符压入s1
     * ③ 否则，将s1 栈顶的运算符弹出并压入到 s2 中，再次转到（4.1）与s1 中新的栈顶运算符相比较
     * 5、遇到括号时：
     * ① 如果是左括号 （  则直接压入s1
     * ② 如果是右括号 ） 则依次弹出s1 栈顶的运算符，并压入 s2 ，直到遇到左括号为止，此时将这一对括号丢弃。
     * 6、重复步骤2至5 直到表达式的最右边
     * 7、将 s1 中剩余的运算符依次弹出并压入 s2
     * 8、依次弹出 s2 中的元素并输出，结果的逆序即为中缀表达式对应的后缀表达式。
     */
    public static List<String> parseSuffixExpressionList(List<String> ls) {
        //定义两个栈
        Stack<String> s1 = new Stack<>();//符号栈
        //说明：因为 s2 这个栈，在整个转换的过程中，没有pop 操作，而且后面我们需要逆序输出
        //因此比较麻烦 这里我们不用 stack 使用list 来存储 转换
        List<String> s2 = Lists.newArrayList();//存储中间结果的list 2
        for (String item : ls) {
            //如果是一个数 直接加入 s2
            if (item.matches("\\d+")) {
                s2.add(item);
            } else if (item.equals("(")) {
                s1.push(item); //如果是 （ 左括号 直接入栈
            } else if (item.equals(")")) {
                //如果是右括号 ） 则依次弹出s1 栈顶的运算符，并压入 s2 ，直到遇到左括号为止，此时将这一对括号丢弃。
                while (!s1.peek().equals("(")) {
                    s2.add(s1.pop());
                }
                s1.pop();//消除 小括号
            } else {
                //当 item 的优先级小于等于 s1 栈顶运算符，将s1 栈顶运算符弹出并加入到 s2中，再次转到4.1 与s1 中新的栈顶运算符相比较
                while (s1.size() != 0 && Operation.getValue(s1.peek()) >= Operation.getValue(item)) {
                    s2.add(s1.pop());
                }
                //还需要将item压入栈
                s1.push(item);
            }
        }
        while (s1.size() != 0) {
            s2.add(s1.pop());
        }
        return s2; //因为是存放到 list 中，因此正常输出就是对应的逆波兰表达式 == 后缀表达式
    }

    /**
     * 方法：将中缀表达式转为对应的 list
     *
     * @param str str=1+((2+3)*4)-5
     * @return
     */
    public static List<String> toInfixExpressionList(String str) {
        //定义一个list 存放中缀表达式 对应的内容
        List<String> ls = Lists.newArrayList();
        int i = 0;//这是一个指针 用于遍历 中缀表达式字符串
        String string;//对对位数进行拼接
        char c;//每遍历一个字符 就放入到 c
        do {
            //如果c是一个非数字 需要加入 ls中 asic码 0-9的意思
            if ((c = str.charAt(i)) < 48 || (c = str.charAt(i)) > 57) {
                ls.add("" + c);
                i++;//需要后移
            } else {//如果是一个数 需要考虑多位数
                string = "";//先将 string 置空 0-9 数字对应 48-57
                while (i < str.length() && (c = str.charAt(i)) >= 48 && (c = str.charAt(i)) <= 57) {
                    string += c;//拼接
                    i++;
                }
                ls.add(string);
            }
        } while (i < str.length());
        return ls;
    }

    /*
     * 例如 (3+4)*5-6 对应的后缀表达式就是 3 4 + 5 * 6 - 针对后缀表达式求值步骤如下：
     *  1、从左至右扫描，将3和4压入堆栈
     *  2、遇到+ 运算符，因此弹出 4和3（4位栈顶元素，3位次顶元素），计算出3+4的值，得7，再将7 入栈。
     *  3、将 5 入栈
     *  4、接下来是 * 运算符 因此弹出 5 和 7 计算出 5*7=35 将35入栈
     *  5、最后是- 运算符，计算出 35-6的值，即29 由此得出结果
     */
    public static int calculate(List<String> ls) {
        //创建栈 只需要一个栈即可
        Stack<String> stack = new Stack<>();
        for (String item : ls) {
            //这里使用正则表达式来取出数字
            if (item.matches("\\d+")) { //匹配的是多位数
                //入栈
                stack.push(item);
            } else {
                //当前是字符 pop 两个出 进行运算 在入栈
                int num2 = Integer.parseInt(stack.pop());
                int num1 = Integer.parseInt(stack.pop());
                int res = 0;
                switch (item) {
                    case "+":
                        res = num1 + num2;
                        break;
                    case "-":
                        res = num1 - num2;
                        break;
                    case "*":
                        res = num1 * num2;
                        break;
                    case "/":
                        res = num1 / num2;
                        break;
                    default:
                        throw new RuntimeException("符号有问题");
                }
                stack.push(String.valueOf(res));
            }
        }
        return Integer.parseInt(stack.pop());
    }
}

/**
 * 编写一个类 Operation 可以返回一个运算符 对应的优先级
 */
class Operation {
    private static int ADD = 1;
    private static int SUB = 1;
    private static int MUL = 2;
    private static int DIV = 2;

    //写一个方法 返回对应的优先级数字
    public static int getValue(String operation) {
        int result = 0;
        switch (operation) {
            case "+":
                result = ADD;
                break;
            case "-":
                result = SUB;
                break;
            case "*":
                result = MUL;
                break;
            case "/":
                result = DIV;
                break;
        }
        return result;
    }

}